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题目

如图所示,在E=103 V/m的水平向左匀强电场中,有一光滑半圆形绝缘轨道CPN竖直放置,轨道与一水平绝缘轨道MN平滑连接,半圆轨道所在竖直平面与电场线平行,其半径R=40 cm,一带正电荷q=3×10-4 C的小滑块质量为m=40 g,与水平轨道间的动摩擦因数μ=0.5,小滑块运动过程中所带电荷量保持不变,取g=10 m/s2。滑块在水平轨道上某点由静止释放后,恰好能运动到圆轨道的最高点C,问:

(1)小滑块是在水平轨道上离N点多远处释放的?

(2)小滑块经过C点后落地,落地点离N点的距离多大?

(3)小球在半圆轨道上运动时,对轨道的最大压力有多大?

可圈可点用户
2021-07-20 13:01
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优质解答

答案

(1)4 m

(2)0.2 m

(3)2.7N

解析

(1)设滑块与N点的距离为L,由动能定理可得qEL-μmgL-mg·2R=mv2-0

小滑块在C点时,重力提供向心力,所以

代入数据解得v=2 m/s,L=4 m

(2)在竖直方向上做自由落体运动,由2R=gt2可得

在水平方向上做匀减速运动,由qE=ma得a=7.5 m/s2

水平的位移为x=vt-at2,得x=0.2 m

(3)重力与电场力的合力F合=0.5N,F合方向与CN的夹角为37°,

当滑块运动到∠NOA= 37°时速度最大对轨道压力最大。

由A到C过程列动能定理:-qERsin37°-mg(R+Rcos37°)=

滑块在A点时,三个力的合力提供向心力,

解得:FN=2.7N,轨道压力FN′=FN=2.7N

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2021-07-20 18:01
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